(57)【要約】【課題】燃料電池からの生成水を放出する際に生成水が飛散するのを抑制する。【解決手段】発電に伴って水を生成する燃料電池を電力源として搭載する移動体において、前記燃料電池により生成された生成水を地面又はその近傍にまで到達させる排水ガイド６４を介して排水する排水手段を備えるようにする。生成水が地面又はその近傍にまで到達させる排水ガイド６４を介して排出されるため、生成水が排水後地面に到達するまでの間で受ける可能性のある移動体の移動に伴う空気の流れ（空気流）の影響を小さくすることができる。この結果、燃料電池からの生成水を放出する際に生成水が人や建造物にかかるのを抑止することができる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に伴って水を生成する燃料電池を電力源として搭載する移動体であって、
前記燃料電池により生成された生成水を地面又はその近傍にまで到達させる排水ガイドを介して排水する排水手段、
を備える、移動体。
【請求項２】
前記排水ガイドの少なくとも一部が地面に接触している、請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記排水ガイドは前記移動体の移動中において地面に追従可能な可撓性を備えている、請求項１又は２に記載の移動体。
【請求項４】
前記排水ガイドは、その先端に前記生成水を地面あるいはその近傍で排出するための排水口を備える管状体である、請求項１〜３のいずれかに記載の移動体。
【請求項５】
前記排水ガイドは、前記生成水がその表面又は内部を伝わって移動可能な連続体である、請求項１〜３のいずれかに記載の移動体。
【請求項６】
前記排水ガイドは、前記移動体に帯電した静電気を放電可能に地面に接触可能な導体部分を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の移動体。
【請求項７】
前記排水手段には、前記燃料電池を冷却するための冷却水が導入可能に形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の移動体。
【請求項８】
前記排水手段は、前記燃料電池からの排ガス経路に備えられる気液分離手段の液体貯留部に接続されている、請求項１〜７のいずれかに記載の移動体。
【請求項９】
前記移動体は車両であって、前記排水ガイドは車両運転席側の中央又は後方に備えられている、請求項１〜８のいずれかに記載の移動体。
【請求項１０】
前記排水ガイドは、車両後輪のマットガードの内側に備えられている、請求項９に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関し、詳しくは、発電に伴って水を生成する燃料電池を電力源として搭載する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の移動体としては、燃料電池により生成される生成水のドレインバルブを車両の下部であって車輪近傍に配設する４輪車両が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このドレインバルブはその下部に生成水の排出口を備えている。ドレインバルブを車輪近傍に配設することで、路面の突起物やうねり等によってドレインバルブが接触することを防止している。
【特許文献１】特開平１１−２０４１２６号公報（図１，第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、燃料電池を搭載する車両では、走行中でも燃料電池により生成される生成水を車外に排出する必要がある。走行中に生成水を排出する場合には、車両後方に生成水を排出したとしても、排出した生成水が走行風によって巻き上げられ、後方や側方などで走行する車両のフロントガラスに飛散するなどの不都合が生じる場合がある。また、側方に排出する場合には、路肩の人や建造物に水がかかる場合も生じる。
【０００４】
本発明の移動体は、燃料電池からの生成水を放出する際に生成水が飛散するのを抑制することを目的の一つとする。本発明の移動体は、燃料電池からの生成水を放出する際に生成水が人や建造物にかかるのを抑止することを目的の一つのとする。本発明の移動体は、移動体に帯電する静電気を放出することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の移動体は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。      
【０００６】
本発明の移動体は、発電に伴って水を生成する燃料電池を電力源として搭載する移動体であって、
前記燃料電池により生成された生成水を地面又はその近傍にまで到達させる排水ガイドを介して排水する排水手段、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の移動体では、燃料電池により生成された生成水が地面又はその近傍にまで到達させる排水ガイドを介して排出されるため、生成水が排水後地面に到達するまでの間で受ける可能性のある移動体の移動に伴う空気の流れ（空気流）の影響を小さくすることができる。この結果、燃料電池からの生成水を放出する際に生成水が人や建造物にかかるのを抑止することができる。ここで、移動体としては、自動車や列車などの車両を含む地上移動体が含まれる。また、移動体は、燃料電池に加えて燃流電池以外の電力源、例えば二次電池やキャパシタなどを搭載するものとしてもよい。
【０００８】
また、これらの本発明の移動体において、前記排水ガイドの少なくとも一部が地面に接触しているものとすることができる。こうすることで、排水ガイドを介して生成水を容易に地面にまで到達させることができ、空気流の影響を効果的に小さくできる。また、こうすることで生成水の帯電を確実に抑制することができる。
【０００９】
これらの移動体においては、前記排水ガイドは、前記移動体の移動中において地面に追従可能な可撓性を備えるものとすることもできる。こうすることで、前記移動体の移動中においても排水ガイドが地面に追従して接触可能となり移動中における生成水の飛散を抑制しつつ排水することができる。
【００１０】
これらの移動体においては、前記排水ガイドは、その内部に前記生成水をその先端に前記生成水を地面あるいはその近傍で排出するための排水口を備える管状体とすることができる。また、これらの移動体においては、前記排水ガイドは、前記生成水がその表面又は内部を伝わって移動可能な連続体とすることができる。こうすることで、空気流の影響を効果的に抑制して、生成水を地面あるいはその近傍まで到達させることができる。
【００１１】
こうした本発明の移動体においては、前記排水ガイドは前記移動体に帯電した静電気を放電可能に地面に接触可能な導体部分を有するものとすることができる。こうすることで、排水ガイドによって地面あるいは地面近傍にまで到達されて排水された生成水を介して移動体に帯電した静電気を効果的に放電できる。
【００１２】
さらに、こうした本発明の移動体においては、前記燃料電池を冷却するための冷却水を導入可能に形成することもできる。こうすることで、導電性の高くなった冷却水を排水でき、これにより燃料電池冷却系のイオン交換負荷を軽減できる。
【００１３】
さらにまた、前記排水手段は、前記燃料電池からの排ガス経路に備えられる気液分離手段の液体貯留部に接続されている手段とすることができる。こうすることで、液体貯留部に貯留された生成水を容易に排水できる。
【００１４】
上記したいずれかの移動体は車両であって、前記排水ガイドは、前記伝播体は車両の運転席側の前後方向の中央又は後方に備えるものとすることができる。こうした移動体にあっては、前記排水ガイドは、車両後輪のマットガードの内側に備えられていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明の第１実施例の燃料電池車１０に搭載される機器の平面配置の一例を示す平面配置図であり、図２は第１実施例の燃料電池車１０に搭載される機器の側面配置の一例を示す側面配置図であり、図３は実施例の燃料電池車１０に搭載された燃料電池スタック２２を中心とする燃料電池システム２０の構成の概略を示すシステム構成図である。また、図４は、排水ガイド６４の地面近傍部分を示す図である。説明の容易のために、まず、図３のシステム構成図を用いて燃料電池システム２０のシステム構成について説明し、その後、図１および図２を用いて燃料電池システム２０の各機器の配置について説明する。
【００１７】
実施例の燃料電池車１０が搭載する燃料電池システム２０は、例えば高分子により形成された電解質膜を二つの電極（燃料極と空気極）で狭持してなる単電池ユニットを複数積層して構成した燃料電池スタック２２と、この燃料電池スタック２２の燃料極（負極）に高圧水素タンク３１からの水素を供給する水素供給系３０と、燃料電池スタック２２の空気極（正極）に空気を供給すると共に空気極からの排気を処理する空気給排系４０と、燃料電池スタック２２を冷却する冷却系５０と、システムからの排ガスや発生した水を外部に排水する排水系６０とを備える。
【００１８】
水素供給系３０は、高圧水素タンク３１からの水素を燃料電池スタック２２に供給する水素供給流路３２と、燃料電池スタック２２から排出された水素を水素供給流路３２に返送する水素循環路３３を備える。水素供給流路３２には、高圧水素タンク３１からの水素が逆流しないようにするための逆流防止弁（チェック弁）や燃料電池スタック２２への水素の供給や供給停止を行なうための仕切弁などが設けられている。水素循環路３３には、水素を水素供給流路３２に圧送するための水素ポンプ３４や、循環している水素中の水蒸気を液化することにより気液分離する気液分離器３８、水素供給流路３２側の水素が逆流しないようにするための逆流防止弁（チェック弁）、燃料電池スタック２２からの水素の排出を停止するための仕切弁などが設けられている。また、水素供給流路３２や水素循環路３３に燃料電池スタック２２に供給する水素の供給量や燃料電池スタック２２の運転状態を制御するために用いられる各種センサ、例えば、燃料電池スタック２２の流入口や水素ポンプ３４の吐出側に設けられた圧力センサや燃料電池スタック２２の出口近傍や水素ポンプ３４の吐出側に設けられた温度センサなどが取り付けられている。気液分離器３８により分離された水は、そのまま排水系６０が備える連絡管６２ａに導入される。なお、水素循環路３３には仕切弁を介して分岐管が取り付けられており、この分岐管により水素循環路３３内の水素は排水系６０の希釈器６１に導入され、希釈されて大気に開放される。
【００１９】
空気給排系４０は、マスフローメータ４３により計量されエアコンプレッサ４４により加圧された空気を加湿器４６により加湿して供給管４２により燃料電池スタック２２の空気極に供給する。燃料電池スタック２２の空気極からの空気（排ガス）は、加湿器４６に供給されてエアコンプレッサ４４からの空気を加湿し、その後、気液分離器４８により気液分離される。気液分離器４８で分離された水はそのまま排水系６０の連絡管６２ｂに送られ、分離された気体（排ガス）は希釈器６１に送られて希釈用のガスとして用いられて大気に開放される。ここで、実施例の気液分離器４８は、気液を完全に分離するものではなく、不完全に分離するものを意味する。即ち、気液分離器４８により分離された気体は、完全に乾燥した気体ではなく、不完全飽和或いは完全飽和若しくは過飽和の水蒸気を含む気体であるか、あるいはこうした水蒸気に加えて微小な液滴としての水をも含む気体である。
【００２０】
冷却系５０は、燃料電池スタック２２の内側に形成された冷却水用流路により冷却水の循環路を形成する冷却水循環路５２に冷却水を循環させることにより燃料電池スタック２２を冷却する。冷却水循環路５２には、冷却水を循環させるための冷却水ポンプ５４や循環する冷却水を空気を用いて冷却するファン付きのラジエータ５６が設けられている。また、冷却水の温度管理を行なうために冷却水循環路５２における燃料電池スタック２２からの出口近傍とラジエータ５６の後段に冷却水の温度を検出する温度センサが取り付けられている。さらに、この冷却水循環路５２には、冷却水の伝導度を一定以下に保つためのイオン交換装置や導電率測定装置などを備えている。
【００２１】
排水系６０は、水素供給系３０の気液分離器３８や空気給排系４０の気液分離器４８で分離した水がそのまま導入され外部に排水する連絡管６２ａ、６２ｂと、これらの連絡管６２ａ、６２ｂに接続され排水を合流して外部に排出するための排水ガイド６４と、空気給排系４０の気液分離器４８で分離した排ガスを希釈器６１で希釈ガスとして用いて水素供給系３０から排気される水素を希釈して放出するガス放出管とから構成されている。
【００２２】
こうした燃料電池システム２０は、各種センサからの信号に基づいて水素ポンプ３４やエアコンプレッサ４４、冷却水ポンプ５４を駆動したり、各仕切弁や流量調節弁の開度を調節したりすることにより燃料電池スタック２２を制御すると共に図示しない走行用のモータを制御するパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという）７０や充放電可能な二次電池，モータ駆動用のインバータなども備えるが、これらについては本発明の中核をなさないから、その図示や詳細な説明については省略する。
【００２３】
図１および図２に示すように、燃料電池スタック２２は車両前部の中央下部に横たわるように配置され、その上に、ＰＣＵ７０が配置されている。燃料電池スタック２２の左側前部のフェンダ内には、加湿器４６とエアコンプレッサ４４とが配置されている。燃料電池スタック２２の前方には、ラジエータ５６が配置され、その前方には乗員室内の空気調節を行なうエアコンディショナー用のラジエータ７２が配置されている。更に、運転席の前方右下部には、空気給排系４０の気液分離器３８が配置され、気液分離器３８には連絡管６２ａが接続されている。また、運転席前方右下部には、加湿器４６に接続された気液分離器４８も配置されており、この気液分離器４８に連絡管６２ｂが接続されている。この他、車両前部には水素ポンプ３４や冷却水ポンプ５４が配置され、車両前部或いは中央部もしくは後部には希釈器６１が配置されているが、これらの図示は省略した。
【００２４】
連絡管６２ａ、６２ｂは、車両運転席側を後輪側に延びる連絡管６３に接続され、連絡管６３は希釈器６１からの排ガス管６１ａに沿って後輪後方にまで及び、運転席側の後輪後方のマットガード８０内側に配置された排水ガイド６４に接続されている。気液分離器３８や気液分離器４８により分離された生成水は連絡管６２ａ、６２ｂを介し、その後、連絡管６３にて合流し、さらに、排水ガイド６４から外部に排出されるようになっている。
【００２５】
図４には、排水ガイド６４の地面近傍部分が示されている。図４に示すように、排水ガイド６４は、内部を排水が通過するパイプ状であり、この排水ガイド６４の先端側には排水を外部に放出する排水口６６を備えている。排水口６６は、排水ガイド６４の軸方向にほぼ直交する開口端部を有するように備えられている。排水ガイド６４は、燃料電池車１０の停止時においてその排水口６６近傍が地面に接触する程度の長さを有しているとともに、燃料電池車１０が走行時において地面の突起物や起伏などの凹凸形状におおよそ追従可能な可撓性を有している。この結果、燃料電池車１０の走行時においても、排水ガイド６４の排水口６６の近傍が地面におおよそ常時地面に接触されるようになっている。このような可撓性を有する排水ガイド６４の材料としては、人工あるいは天然高分子材料等を挙げることができる。また、排水ガイド６４は、その長さに沿って排水口６６に及ぶ範囲でその一部に金属等の導体層６８を備えており、この導体層６８の一部は、金属製の連絡管６３などの燃料電池車１０の導体部分に接続されている。
【００２６】
排水口６６は、排水可能な単位時間当たりの水量が燃料電池スタック２２に最大負荷を与えたときに燃料電池スタック２２により発電に伴って生成される単位時間当たりの水量より小さくなるように、その放水断面が設計されている。第１実施例の燃料電池車１０では、一般的な運転パターンによる走行をしたときに燃料電池スタック２２で生成される単位時間当たりの平均水量かこれより若干多い水量が排水口６６から排出されるよう排水口６６の放水断面が設計されている。
【００２７】
以上構成を説明した本実施例の燃料電池車１０では、燃料電池スタック２２により生成された水、即ち水素供給系３０の気液分離器３８により分離された水や空気給排系４０の気液分離器４８により分離された水は、そのまま連絡管６２ａ、６２ｂに導入され、その後、連絡管６３で両連絡管６２ａ、６２ｂからの排水が合流されて、排水ガイド６４内を移動して排水口６６から排出される。排水ガイド６４の排水口６６の近傍は地面に接触しており、排水口６６から流出する排水は排水ガイド６４を介して地面に到達されることになるため、排水口６６から地面に到達するまでの間に燃料電池車１０の走行中に生じる空気流に曝されることが抑制され、空気流の影響が抑制されている。このように、燃料電池スタック２２からの生成水を排水ガイド６４を介して空気流の影響を抑制して排水することができるから、排水した水が走行風によって巻き上げられて飛散する際における飛散水量を抑制することができる。また、生成水が燃料電池車１０に帯電した静電気によって帯電することも抑制される。
【００２８】
また、排水ガイド６４の一部に導体層６８を備えるため、排水ガイド６４の排水口６６近傍が地面に接触していることで燃料電池車１０に帯電した静電気を放電することもできる。特に、排水口６６からは生成水が排水され当該排水は排水ガイド６４の地面近傍部分を濡らすことになるため、生成水によって地面への放電抵抗を低下させることができて放電をスムーズに行うことができる。
【００２９】
さらに、排水ガイド６４を後輪の後方に配置することとしたから、前輪や後輪による排水の巻き上げを抑制することができる。また、排水ガイド６４はマットガード８０の内側に配置したため、走行風の影響をより一層受けにくく、走行風による排水の飛散水量を一層抑制することができるとともに、排水ガイド６４が燃料電池車１０の外部から容易に視認される部分は、マットガード８０の下端から地面に到達するまでの間に露出される部分であるため、車両の外観を損ないにくいものとなっている。さらに、排水ガイド６４は運転席側に配置したため、歩行者等に排水した水が飛散してかかってしまうこと等の不都合を抑制することができる。
【００３０】
本実施例の燃料電池車１０では、排水ガイド６４の排水口６６近傍が地面に接触している構成とした。生成水は地面あるいはそのごく近傍に到達されるまで排水ガイド６４によってガイドされていることが好ましいが、必ずしも排水ガイド６４は地面に接触していなくてもよく、具体的には地面から数センチ程度、好ましくは、地面から高くても２〜３ｃｍ程度の部位にて排水できるようになっていてもよい。こうした排水によっても空気流の影響を抑制できるからである。
【００３１】
本実施例の燃料電池車１０の排水ガイド６４はおおよそ一定断面形状のパイプ状の排水管を用いるものとしたが、先端側に向かって先細りのテーパ状のパイプ状とすることもできる。また、周囲が外部と完全に遮断されたパイプ状でなくてもよく、少なくとも燃料電池車１０の前方側を遮断可能であって、生成水を流下あるいは滴下させるなど生成水を接触させて地面にまで到達可能にガイドするガイド面を有していればよい。したがって、たとえば、略コの字形状や略半円形状の樋状体等とすることもできる。さらに、排水口６６の開口形状は、排水ガイド６４の軸方向に対して傾斜する開口端縁を有するように形成することもできる。
【００３２】
また、排水ガイドはその主として内側を伝わらせるパイプ状や樋状に限定するものではなく、その表面及び／又は内部に生成水を伝わらせて地面あるいはその近傍にまで到達させうるものであってもよい。主として生成水にその表面を伝わらせる排水ガイドとしては、通常の車両用の地中放電素子に適用されるチェーン類のほか、ひも状体、板状体、テープ状体を挙げることができる。これらは、燃料電池車１０に帯電した静電気を放電可能に金属などの導体部分を有していることが好ましい。チェーン類等は通常十分な可撓性を備えている点においても好ましい。また、主として生成水にその内部を伝わらせる排水ガイドとしては、毛細管現象により生成水を浸透させるように構成された繊維の編成体、織布体及び束状体など挙げることができる。この種の排水ガイドにあっても、静電気を放電可能にあるいは容易にするために金属などの導体を備えることが好ましい。この種の排水ガイドは、また、柔軟性を備えている点においても好ましい。これら各種の排水ガイドにあっては、連絡管６３等の末端に連絡管６３からの生成水がこれらの排水ガイドに伝わるように接続されている必要がある。
【００３３】
本実施例の燃料電池車１０では、燃料電池スタック２２からの各部位からの生成水を連絡管６３において合流して排出する構成としたが、各部位からの生成水をそれぞれ個別に排水するよう構成することもでき、さらに、これら複数の排水系の一部においてのみ排水ガイドを設ける構成とすることができる。また、本実施例の燃料電池車１０では、燃料電池スタック２２からの生成水をそのまま排水連絡管６２ａ、６２ｂに導入する構成としたが、右フェンダ内に設けたバッファタンクで蓄えることとしてもよいし、さらにその後、バンパーの左右下部のバッファタンクで貯留した後にその後、排水ガイド６４に導入する構成としてもよい。また、右フェンダ内のバッファタンクで備えることなく、燃料電池スタック２２からの生成水をバンパーの左右下部のバッファタンクで貯留した後に排水ガイド６４に導入するものとしてもよい。このようにバッファタンクを用いることで、バッファタンク内あるいは外部に生成水排出量の調整手段を設けること等により単位時間当たりの放出水量を略均等にすることができる。
【００３４】
また、本実施例の燃料電池車１０では、排水ガイド６４の表面の一部に導体層６８を設ける構成としたが、導体層は、燃料電池車１０に帯電した静電気を放電可能に備えられていれば足りる。したがって、導体層は、排水ガイド６４の内部にも設けることができるし、排水ガイド６４自体を導体材料で形成することもできるし、排水ガイド６４の先端側よりもさらに突出して地面を指向するようにすることもできる。
【００３５】
さらに、本実施例の燃料電池車１０では、排水ガイド６４には、燃料電池２２からの生成水のみが供給される構成としたがこれに限定するものでなく、たとえば、冷却系５０において冷却水循環路５２を循環する冷却水を連絡管６２ａ、６２ｂあるいは連絡管６３などを介して排水ガイド６４に導入するようにすることもできる。一定の導電率を超えた冷却水の少なくとも一部を排水して新たに他から導電率の低い水を供給することで循環冷却水の導電率を容易に一定以下に保持することができ、冷却系５０におけるイオン交換の負荷を低減することができる。また、導電率が比較的高い排水が排水ガイド６４に供給されることで、放電効果を高めることができる。
【００３６】
本実施例の燃料電池車１０では、排水口６６を運転席側の後輪後方に一個設けるものとしたが、複数個設けることもでき、また、排水口６６の配置位置はこれに限定するものではなく、例えば、車両の中央部分、好ましくは運転席側の前後方向の中央部分に設けることもできる。
【００３７】
本実施例の燃料電池車１０では、空気給排系４０の気液分離器４８として完全に気液分離できないタイプのものを用いたが、完全に気液分離が可能なタイプのものを用いるものとしてもよい。
【００３８】
以上説明した実施例では、本発明を燃料電池を電力源として搭載した自動車に適用するものとしたが、自動車は燃料電池を搭載する他に燃料電池以外の電力源、例えば、二次電池やキャパシタなど種々の電力源を搭載するものとしてもよい。また、燃料電池を搭載する自動車に限定されるものではなく、自動車以外の列車などの車両を含む各種の地上移動体に適用するものとしてもよいし、地上移動体以外の移動体に適用するものとしてもよい。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、自動車産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例の燃料電池車１０に搭載された機器の平面配置の一例を示す平面配置図である。
【図２】実施例の燃料電池車１０に搭載された機器の側面配置の一例を示す側面配置図である。
【図３】実施例の燃料電池車１０に搭載された燃料電池スタック２２を中心とする燃料電池システム２０の構成の概略を示すシステム構成図である。
【図４】実施例の燃料電池車１０における排水ガイドの地面近傍部分を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  燃料電池車、２０  燃料電池システム、２２  燃料電池スタック、３０  水素供給系、３１  高圧水素タンク、３２  水素供給流路、３３  水素循環路、３４  水素ポンプ、３８  気液分離器、４０  空気給排系、４２  供給管、４３  マスフローメータ、４４  エアコンプレッサ、４６  加湿器、３８，４８  気液分離器、５０  冷却系、５２  冷却水循環路、５４  冷却水ポンプ、５６  ラジエータ、６０  排水系、６１  希釈器、６１ａ  排ガス管、６２ａ、６２ｂ、６３  連絡管、６４  排水ガイド、６６  排水口、６８  導体層  ７０  パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、７２  ラジエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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